[发明专利]局部流速增大倾角阶梯流海洋立管束涡激振动试验装置

摘要

本发明公开了一种局部流速增大倾角阶梯流海洋立管束涡激振动试验装置，包括由多个海洋立管模型构成的海洋立管束、横向试验支持架、流速增大装置、拖车、应变采集仪和计算机，位于海底管道模型一侧导流板的内侧固定有一流线型整流罩，流线型整流罩罩住海洋立管模型一端的轴段；设置在海洋立管束中部的流速增大装置，流速增大装置包括增速段和稳流段，增速段呈喇叭形；稳流段设有用于海洋立管束穿过的通孔；可转动支持装置连接在横向试验支持架与流速增大罩之间。本发明可实现大雷诺数、大长径比的深海立管束涡激振动试验观测，同时弥补了学术界缺乏倾角阶梯状来流条件深海张紧式立管束涡激振动试验装备的空白，具有重要的推广应用价值和科学意义。

主权项

一种局部流速增大倾角阶梯流海洋立管束涡激振动试验装置，包括海洋立管模型、横向试验支持架、拖车、应变采集仪和计算机，所述海洋立管模型(1)的一端设有第一端部支撑装置，所述海洋立管模型(1)的另一端设有第二端部支撑装置，所述第一端部支撑装置和第二端部支撑装置的顶部分别与所述横向试验支持架(3)的两端连接，所述横向试验支持架(3)固定于所述拖车的底部；所述海洋立管模型(1)包括若干条导线和一薄壁铜管(51)，所述导线的外径为0.3mm，所述导线为7芯导线，所述薄壁铜管(51)的外径为8mm、壁厚为1mm；自所述薄壁铜管(51)的外表面依次向外设有相互紧密接触的若干层热缩管(55)和一层硅胶管(56)，所述薄壁铜管(51)与所述热缩管(55)之间设有多片用于采集应变的应变片(53)，所述应变片(53)通过接线端子与所述导线相连，所述导线的两端与所述薄壁铜管(51)的一端或分别与所述薄壁铜管(51)的两端固定；所述薄壁铜管(51)的一端通过销钉(7)连接有第一圆柱接头(5)，所述薄壁铜管(51)的另一端通过销钉(7)连接有第二圆柱接头(6)；所述横向试验支持架(3)包括主体横梁，所述主体横梁的两侧顶部均分别设有角度盘；所述主体横梁的顶部设有槽钢，所述拖车支撑在槽钢上；所述第一端部支撑装置包括竖直方向的第一支撑管，所述第一支撑管的顶部连接有水平布置的第一角度板，所述第一支撑管的底部连接有第一支撑板，所述第一支撑板的内侧通过螺栓连接有与所述第一支撑板平行的第一导流板，所述第一导流板的下部设有多个通孔，所述通孔的数量和位置分别与试验时海洋立管模型(1)的数量和安装位置相同；每个通孔内分别设有一个万向联轴节(10)，所述万向联轴节(10)的一端通过万向联轴节螺丝(15)固定在第一支撑板上，所述万向联轴节(10)的另一端与所述海洋立管模型(1)中的第一圆柱接头(5)连接；所述第二端部支撑装置包括竖直方向的第二支撑管，所述第二支撑管的顶部连接有水平布置的第二角度板，所述第二支撑管的底部连接有第二支撑板，所述第二支撑板的内侧通过螺栓连接有与所述第二支撑板平行的第二导流板，所述第二导流板的下部设有多个长方形豁口，长方形豁口内分别设有角度卡板(22)或补贴板(26)，所述角度卡板(22)上设有多个立管安装孔；该试验装置中包括有四套角度卡板(22)，每套角度卡板(22)上的立管安装孔的轴线与角度卡板(22)厚度方向的夹角分别为0度、15度、30度、45度；所述第二支撑板的外侧设有多个滑轮(16)，所述滑轮(16)的个数与试验时安装的海洋立管模型的数量相同，所述滑轮(16)的滑轮座与第二支撑板之间设有滑轮座垫块(23)，所述滑轮座垫块(23)为楔形块，所述第二支撑板上位于每个滑轮座的下方分别设有一钢丝绳过孔；该试验装置中包括有三套数量与滑轮个数相同的滑轮座垫块(23)，每套滑轮座垫块(23)上的斜面与第二支撑板接触面之间的夹角分别为15度、30度、45度；所述第二导流板的内侧固定有一流线型整流罩(27)，所述流线型整流罩(27)罩住所述海洋立管模型(1)一端的轴段；所述主体横梁上、位于与第二端部支撑装置的连接端一侧连接有个数与滑轮个数相同与拉力传感器(25)一端连接的固定结构，所述拉力传感器(25)的另一端依次连接有拉力张紧器(24)和拉力弹簧(19)；分别自每个海洋立管模型中的第二圆柱接头(6)，穿过第二支撑板上的钢丝绳过孔后绕过滑轮(16)至拉力弹簧(19)的另一端连接有钢丝绳(17)；所述钢丝绳(17)和与之连接的海洋立管模型(1)的轴线在同一平面内；所述导线和所述拉力传感器与所述应变采集仪联接，所述应变采集仪与所述计算机连接；其特征在于：所述海洋立管模型(1)的中部设有流速增大装置(62)，所述流速增大装置(62)包括流速增大罩(64)和可转动支持装置(63)，所述流速增大罩(64)包括按水流方向顺次布置的增速段(31)和稳流段(32)，所述增速段(31)呈喇叭形，所述增速段(31)的进水端为喇叭形的大口端，所述增速段(31)的出水端为喇叭形的小口端，所述稳流段(32)的开口大小与喇叭形的小口端大小一致；所述增速段(31)的进水端与出水端的面积比为该流速增大装置(62)所要增大的流速倍数；所述稳流段(32)设有用于所述海洋立管模型(1)穿过的通孔；所述可转动支持装置(63)的顶端固定在横向试验支持架(3)上，所述可转动支持装置(63)的底端与所述流速增大罩(64)焊接。